i
ANALISIS TERMAL-MEKANIS KOMPOSIT MATRIK
POLYESTER DENGAN ADITIF PARTIKEL
MONTMORILLONITE BERPENGUAT SERAT KENAF ANYAM
SKRIPSI
Oleh : Nasiruddin 101910101002
PROGRAM STRATA 1 TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS JEMBER
i
ANALISIS TERMAL-MEKANIS KOMPOSIT MATRIK
POLYESTER DENGAN ADITIF PARTIKEL
MONTMORILLONITE BERPENGUAT SERAT KENAF ANYAM
Diajukan guna melengkapi tugas akhir dan memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Studi Teknik Mesin (S1) dan mencapai gelar Sarjana Teknik
Oleh : Nasiruddin 101910101002
PROGRAM STRATA 1 TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS JEMBER
ii
PERSEMBAHAN
Skripsi ini saya persembahkan untuk:
1. Kedua Orang tua-ku yang telah menyayangi serta membesarkanku; 2. Guru-guruku dari taman kanak-kanak sampai dengan perguruan tinggi;
MOTO
Semua penulis akan meninggal, Hanya karya-Nya lah yang akan abadi sepanjang masa. Maka tulislah sesuatu yang akan membahagiakan dirimu di akhirat nanti
v
ANALISIS TERMAL-MEKANIS KOMPOSIT MATRIK POLYESTER DENGAN ADITIF PARTIKEL MONTMORILLONITE BERPENGUAT SERAT KENAF ANYAM
SKRIPSI
Oleh Nasiruddin NIM 101910101002
Pembimbing:
vii RINGKASAN
Analisis Termal-Mekanis Komposit Matrik Polyester Dengan Aditif Partikel Montmorillonite Berpenguat Serat Kenaf Anyam; Nasiruddin 101910101002: Program Studi Strata Satu Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember.
Komposit alam berbasis serat akhir-akhir mulai ini menjadi topik bahasan. Serat kenaf merupakan salah satu serat alam yang banyak dimanfaatkan sebagai serat komposit untuk dijadikan obyek penelitian karena selain produksi yang melimpah (penghasil serat nomor satu di dunia), memungkinkan untuk ditanam di daerah Jember, juga karena kekuatan mekanis serat yang cukup baik. Penggunaan komposit yang luas memungkinkan komposit mengalami paparan panas sehingga dapat menyebabkan kebakaran. Selama ini, pengujian kedua sifat sekaligus yaitu sifat mekanik dan termal belum banyak dilakukan. Untuk itulah, pengujian termal mekanis ini dilakukan guna meningkatkan daya tahan panas/ mempertahankan kekuatan khususnya kekuatan tarik setelah komposit tersebut diberi panas selama beberapa waktu.
Metode penelitian ini adalah analisis kuantitatif dan deskriptif. Standard pengujian yang dipakai ialah ASTM D 3039. Variabel yang digunakan yaitu pengaruh variasi fraksi berat aditif MMT (0%, 10%, 20%, 30% dan 40%) serta pengaruh suhu konduksi (Suhu ruang, 50 oC, 100 oC,200 oC dan 250 oC). Pembuatan sampel menggunakan metode hand-lay up. Proses pengujian termal mekanis meliputi pemasangan sampel pada mesin uji tarik dan pemanas dipasangkan secara konduksi pada obyek selama 20 menit . Setelah itu, pengujian tarik dilakukan.
viii
Dari pengujian ini, maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut: 1) Penambahan
montmorillonite meningkatkan kekuatan tarik komposit, meskipun pada fraksi 10%, 20% dan 30% kekuatannya dibawah sampel kontrol; 2) Secara umum, semakin tinggi suhu yang dipaparkan pada komposit maka kekuatan tarik komposit menurun secara drastis mulai 100 oC; 3) Daya tahan termal-mekanis terbaik pada komposit fraksi berat 40% hingga suhu 100 oC; 4) Kondisi morfologi komposit setelah pengujian termal-mekanis pada suhu di atas 100 oC, komposit mulai mengalami kegagalan panas seperti arang, melunak dan degradasi pada matriks dan fiber organik, delaminasi dan pecahnya matriks.
ix SUMMARY
Thermo-mechanical Analysis of Woven Kenaf Fiber Reinforced Matric Polyester with Aditif Monmorillonite; Nasiruddin 101910101002: Tier One Program Studies Department of Mechanical Engineering Faculty of Engineering, University of
Jember.
Recently, Nature Fiber Reinforced is trending topic. Kenaf fiber is natural fiber
which gained research interest because product available (most productly in the
world) and potentially of jember to grown it. The use of composites in a wide variety
of applications is application of composite due to outstanding thermal properties
wihich composite is flammable. Termo-mechanical test use for upgrading strength of
material in fire especially at thermal-tensile durability properties
Research methodology are used is quantitative dan descriptive analysis.
Standard Test is ASTM D 3039. Variabel variety is weight fraction aditif MMT ( 0%,
10%, 20%, 30% and 40%) and conducting treatment (Room temperature, 50 oC, 100
o
C,200 oC and 250 oC). Process of thermal-mechanical test is sample assembly at
tensile test machine and conducted heater during 20 minutes. After that, tensile test is
running.
Writer Hipotesis is the greater persentase of weight fraction montmorillonite the
thermal properties up but tensile strength down. After research, exactly different. Add
aditif MMT 40% could upgrading composites tensile strength until 50%.
From this research, conclusion is :(1) Adding montmorillonite upgrading tensile
strength, though 10%, 20% and 30% weight fraction make strength under
reference(0% wt MMT); (2) Gwenerally, the greater temperature which conducted at
composites then tensile strength down drastically get started from 100 oC.;(3) The
best of Thermo-mechanical properties at composite 40% MMT weight fraction until
x
temperature over 100 oC, composites started at thermal defect like char, soften and
degradation at matriks and organic fiber, delamination and matriks crack.
xi PRAKATA
Segala puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya yang telah diberikan, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Shalawat serta salam semoga tetap tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW sebagai sumber inspirasi dan panutan umat manusia dalam menjalani kehidupan di dunia ini.
Skripsi yang berjudul “Analisis Termal-mekanis Komposit matrik Polyester dengan aditif partikel Montmorillonite berpenguat serat Kenaf Anyam” ini diajukan guna untuk memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Strata Satu (S1) pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Univertas Jember.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bimbingan, dukungan, dan arahan kepada penulis selama penyusunan skripsi ini khususnya kepada :
1. Kedua orangtua dan keluarga, ayahanda Ahmad Mashuri dan Ibunda Uminidah atas segala bentuk kasih sayang, do’a dan dukungan yang tak hentinya diberikan kepada saya. Kedua saudaraku tercinta, Imam Sholahuddin dan Idatul Fitria yang telah menjadi guru dan penyemangat tersendiri untuk saya.
2. Bapak Hary Sutjahjono S.T., M.T. dan Bapak Andi Sanata S.T., M.T. sebagai bapak dosen pembimbing utama serta Bapak Santoso Mulyadi S.T., M.T., selaku bapak dosen pembimbing anggota yang telah bersedia untuk meluangkan waktu dalam membimbing dan mengarahkan saya selama proses penelitian dan penyusunan skripsi ini dari awal sampai akhir.
xii
4. Seluruh staf pengajar dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember yang telah banyak memberikan ilmu, pengetahuan, dan wawasan selama saya belajar di bangku perkuliahan.
5. Segenap teman-teman teknik mesin, khususnya angkatan 2010 (Mechanical-X) yang telah banyak sekali berbagi ilmu dan pengalaman selama masa perkuliahan. 6. Teman-teman penghuni kontrakan manggis, penghuni kontrakan brantas 21, penunggu kampus patrang yang menemani dan membantu saya selama pengerjaan skripsi ini
7. Semua pihak yang telah membantu proses penelitian dan penyusunan skripsi ini Penulis menyadari bahwa sebagai manusia yang tak lepas kesalahan dan kekurangan, oleh karena itu diharapkan adanya kritik, saran, dan ide yang bersifat konstruktif demi kesempurnaan karya tulis skripsi ini dan penelitian berikutnya yang berkaitan. Semoga hasil dari penelitian pada skripsi ini dapat memberikan manfaat kepada berbagai pihak.
Jember, September 2014
xiii DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL ………i
HALAMAN PERSEMBAHAN ... Error! Bookmark not defined. MOTO ... Error! Bookmark not defined. PERNYATAAN ... Error! Bookmark not defined. PENGESAHAN ... Error! Bookmark not defined. RINGKASAN ... vii
BAB 1. PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Tujuan dan Manfaat ... 4
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Material Komposit ... 5
2.1.1 Komposit Laminate ... 8
2.2 Polyester, Serat Kenaf dan Montmorillonite ... 9
2. 3 Karakterisasi ... 11
2.3.1 Pengujian Tarik Material Komposit ... 11
2.3.2 Pengujian Termal-Mekanis ... 13
2.3.3 Pengujian Morfologi ... 15
xiv
BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN ... 17
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 17
3.2 Alat dan Bahan Penelitian ... 17
3.3 Prosedur Penelitian ... 18
3.3.1 Langkah-langkah pembuatan sampel ... 18
3.3.2 Langkah-langkah pengujian sampel ... 19
3.4 Analisa Data ... 20
3.5 Diagram Alir Penelitian ... 21
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 22
4.1 Data Hasil Pengujian ... 22
4.2 Pembahasan ... 26
BAB 5. PENUTUP ... 34
5.1 Kesimpulan ... 34
5.2 Saran ... 34
DAFTAR PUSTAKA ... 35
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kegagalan panas pada laminate menunjukkan perbedan wilayah
kerusakan………...7
Gambar 2.2 Grafik pengaruh kenaikan suhu terhadap kekuatan tarik pada laminate
glass/vinylester, glass/polyester dan glass/polypropylene……….8
Gambar 2.3 Komposit laminate ………..………..8 Gambar 2.4 Resin polyester (Yukalac 157 BQTN-EX)………9 Gambar 2.5 Tanaman kenaf, benang/serat kenaf dan serat kenaf yang telah
dianyam………...10
Gambar 2.6 Standar persiapan sampel uji ASTM D 3039………..12 Gambar 2.7 Sampel uji tarik dengan pengukur panas untuk mengukur kekuatan pada
kenaikan suhu………..14
Gambar 2.8 Skema ideal dari sebuah laminate dibawah pembebanan tarik dengan pemodelan dua lapis dan skema pengujian termal-mekanis pada penelitian ini…....15 Gambar 2.9 Bentuk patahan pada komposit ………..……16 Gambar 3.1 Model pengujian tarik dengan pemanasan salah satu sisinya……...…..20
Gambar 3.2 Diagram alir penelitian………21
Gambar 4.1 Grafik hubungan antara nilai kekuatan tarik dengan variasi suhu pada masing-masing persentase fraksi berat montmorillonite………..……...22 Gambar 4.2 Pengaruh penambahan aditif MMT terhadap kekuatan tarik komposit
kenaf pada suhu ruang……….23
Gambar 4.3 Pengaruh suhu terhadap kekuatan tarik komposit pada masing-masing
kandungan fraksi berat MMT………..23
xvi
Gambar 4.5 Foto makro patahan sampel uji komposit polyester-kenaf dengan aditif MMT 40% (% wt) pada suhu 150 oC, 200 oC dan 250 oC. Garis merah menunjukkan letak dimana batas arang………...…………...28 Gambar 4.6 Bentuk patahan yang sering terjadi pada pengujian komposit polimer
……….29
xvii
DAFTAR TABEL
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
1. Tabel data hasil pengujian termal-mekanis 2. Gambar sampel uji keseluruhan
3. Perhitungan kekuatan tarik 4. Tabel konversi mesh ke mikron 5. Rasio pencampuran larutan matriks
6. Gambar bahan cetakan serta gambar teknik cetakan komposit 7. Gambar bahan - bahan untuk membuat sampel uji
